Circuits d'impulsions - Transistor comme interrupteur
UNE transistor est utilisé comme interrupteur électronique en le conduisant soit en saturation ou dans cut off. La région entre ces deux est la région linéaire. Un transistor fonctionne comme un amplificateur linéaire dans cette région. La saturation et la coupeoff les États sont une considération importante à cet égard.
États ON et OFF d'un transistor
Il y a deux régions principales dans le fonctionnement d'un transistor que nous pouvons considérer comme ON et OFFÉtats. Ils sont saturés et coupésoffÉtats. Jetons un coup d'œil au comportement d'un transistor dans ces deux états.
Fonctionnement en condition de coupure
La figure suivante montre un transistor dans la région de coupure.
Lorsque la base du transistor est donnée négative, le transistor passe à l'état de coupure. Il n'y a pas de courant de collecteur. D'où I C = 0.
La tension V CC appliquée au niveau du collecteur, apparaît aux bornes de la résistance de collecteur R C . Par conséquent,
V CE = V CC
Fonctionnement dans la région de saturation
La figure suivante montre un transistor dans la région de saturation.
Lorsque la tension de base est positive et le transistor entre en saturation, I C circule à travers R C .
Ensuite V CC tombe à travers R C . La sortie sera zéro.
$$ I_C = I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC}} {R_C} \: et \: V_ {CE} = 0 $$
En fait, c'est la condition idéale. En pratique, un courant de fuite circule. Par conséquent, nous pouvons comprendre qu'un transistor fonctionne comme un interrupteur lorsqu'il est entraîné en saturation et coupe des régions en appliquant des tensions positives et négatives à la base.
La figure suivante donne une meilleure explication.
Observez la ligne de charge CC qui relie le I C et le V CC . Si le transistor est entraîné en saturation, I C s'écoule complètement et V CE = 0 qui est indiqué par le pointA.
Si le transistor est entraîné en coupure, I C sera nul et V CE = V CC qui est indiqué par le point B. la ligne joignant le point de saturation A et la coupure B est appeléeLoad line. Comme la tension appliquée ici est continue, elle est appeléeDC Load line.
Considérations pratiques
Bien que les conditions mentionnées ci-dessus soient toutes convaincantes, il existe quelques limitations pratiques pour que de tels résultats se produisent.
Pendant l'état de coupure
Un transistor idéal a V CE = V CC et I C = 0.
Mais en pratique, un courant de fuite plus petit circule dans le collecteur.
Donc I C sera de quelques μA.
Ceci est appelé comme Collector Leakage Current ce qui est bien sûr négligeable.
Pendant l'état de saturation
Un transistor idéal a V CE = 0 et I C = I C (sat) .
Mais en pratique, V CE diminue à une certaine valeur appeléeknee voltage.
Lorsque V CE diminue plus que la tension de coude, β diminue fortement.
Comme I C = βI B, cela diminue le courant du collecteur.
Par conséquent, le courant maximal I C qui maintient V CE à la tension de coude, est appeléSaturation Collector Current.
Courant du collecteur de saturation = $ I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC} - V_ {genou}} {R_C} $
Un transistor qui est fabriqué uniquement pour le faire fonctionner à des fins de commutation est appelé comme Switching Transistor. Cela fonctionne soit en saturation, soit en région de coupure. En état de saturation, lecollector saturation current traverse la charge et, à l'état coupé, le collector leakage current traverse la charge.
Action de commutation d'un transistor
Un transistor a trois régions de fonctionnement. Pour comprendre l'efficacité du fonctionnement, les pertes pratiques doivent être prises en compte. Essayons donc de nous faire une idée de l'efficacité avec laquelle un transistor fonctionne comme interrupteur.
Pendant l'état de coupure (OFF)
Le courant de base I B = 0
Le courant du collecteur I C = I PDG (courant lekeage du collecteur)
Perte de puissance = tension de sortie × courant de sortie
$$ = V_ {CC} \ fois I_ {PDG} $$
Comme I CEO est très petit et V CC est également faible, la perte sera de très faible valeur. Par conséquent, un transistor fonctionne comme un commutateur efficace à l'état OFF.
Pendant l'état de saturation (ON)
Comme discuté plus tôt,
$$ I_ {C (sat)} = \ frac {V_ {CC} - V_ {genou}} {R_C} $$
La tension de sortie est Vknee.
Puissance dissipée = tension de sortie × courant de sortie
$$ = \: V_ {genou} \ fois I_ {c (sat)} $$
Le genou en V étant de faible valeur, la perte est faible. Par conséquent, un transistor fonctionne comme un commutateur efficace à l'état ON.
Pendant la région active
Le transistor se situe entre les états ON et OFF. Le transistor fonctionne comme un amplificateur linéaire où de petites variations du courant d'entrée provoquent de grandes modifications du courant de sortie (ΔI C ).
Temps de commutation
Le transistor de commutation a une impulsion comme entrée et une impulsion avec peu de variations sera la sortie. Il y a quelques termes que vous devez connaître concernant les synchronisations de l'impulsion de sortie de commutation. Passons en revue.
Soit la durée de l'impulsion d'entrée = T
Lorsque l'impulsion d'entrée est appliquée, le courant du collecteur prend un certain temps pour atteindre la valeur de régime permanent, en raison des capacités parasites. La figure suivante explique ce concept.
D'après la figure ci-dessus,
Time delay(td) - Le temps mis par le courant du collecteur pour passer de sa valeur initiale à 10% de sa valeur finale est appelé Time Delay.
Rise time(tr) - Le temps mis par le courant du collecteur pour atteindre de 10% de sa valeur initiale à 90% de sa valeur finale est appelé Rise Time.
Turn-on time (TON)- La somme de la temporisation (t d ) et du temps de montée (t r ) est appelée commeTurn-on time.
T ON = t d + t r
Storage time (ts) - L'intervalle de temps entre le front arrière de l'impulsion d'entrée et les 90% de la valeur maximale de la sortie, est appelé Storage time.
Fall time (tf) - Le temps mis par le courant du collecteur pour atteindre de 90% de sa valeur maximale à 10% de sa valeur initiale est appelé Fall Time.
Turn-off time (TOFF)- La somme du temps de stockage (t s ) et du temps de chute (t f ) est définie commeTurn-off time.
T OFF = t s + t f
Pulse Width(W) - La durée de l'impulsion de sortie mesurée entre deux niveaux à 50% de forme d'onde montante et descendante est définie comme Pulse Width.